[發明專利]光電計算系統

在審

• 申請號: 202110243631.6
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN113159305A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 沈亦晨;靖禮;魯門.丹高夫斯基;謝鵬;孟懷宇;馬修.高理;盧正觀;羅納德.加農;莫里斯.斯坦曼;吳建華;阿拉什.侯賽因扎德赫
• 申請（專利權）人: 光子智能股份有限公司
• 主分類號: G06N3/063
• 分類號: G06N3/063;G06N3/04;G06N3/08;G06E1/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳金林

1.一種光電計算系統，包括：

第一單元，被配置以產生多個調制器控制信號；

處理單元，包括：

光源，被配置以提供多個光輸出；

多個光調制器，耦接至所述光源和所述第一單元，所述多個光調制器被配置以通過基于所述多個調制器控制信號調制由所述光源所提供的所述多個光輸出，來產生光輸入向量，所述光輸入向量包括多個光信號；以及

矩陣乘法單元，耦接至所述多個光調制器和所述第一單元，所述矩陣乘法單元被配置以基于多個權重控制信號，將所述光輸入向量轉換成模擬輸出向量；

第二單元，耦接至所述矩陣乘法單元，并且所述第二單元被配置以將所述模擬輸出向量轉換成數字輸出向量；以及

控制器，包括集成電路，被配置以執行以下操作：

接收人工神經網絡計算請求，所述人工神經網絡計算請求包括輸入數據集，所述輸入數據集包括第一數字輸入向量；

接收第一多個神經網絡權重；以及

通過所述第一單元，基于所述第一數字輸入向量產生第一多個調制器控制信號，并且基于所述第一多個神經網絡權重產生第一多個權重控制信號；

其中所述矩陣乘法單元包括：

多個復制模塊，其中所述復制模塊的每一個對應所述光輸入向量的一個或多個光信號的子集，并且被配置以將一個或多個光信號的所述子集分成所述光信號的兩個或更多個副本；

多個乘法模塊，其中所述乘法模塊的每一個對應一個或多個光信號的子集，并且被配置以使用光幅度調制將所述子集的所述一個或多個光信號乘以一個或多個矩陣元素值；以及

一個或多個求和模塊，其中每一個求和模塊被配置以產生電信號，所述電信號表示所述乘法模塊的兩個或更多個的結果的總和。

2.根據權利要求1所述的光電計算系統，其中所述第一單元、所述處理單元、所述第二單元以及所述控制器被設置在多芯片模塊或集成電路中的至少一者上，以及

接收人工神經網絡計算請求包括從第二數據處理器接收人工神經網絡計算請求，其中所述第二數據處理器在所述多芯片模塊或所述集成電路的外部，所述第二數據處理器通過通信信道耦接至所述多芯片模塊或所述集成電路，并且所述處理單元被配置為以比所述通信信道的數據速率大至少一數量級的數據速率來處理數據。

3.根據權利要求1所述的光電計算系統，其中所述矩陣乘法單元包括被配置以執行電求和操作的電求和模塊，

其中所述電求和模塊被配置以產生對應所述模擬輸出向量的元素的電流，所述模擬輸出向量表示所述光輸入向量的相應元素乘以相應神經網絡權重的總和。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的光電計算系統，其中所述乘法模塊的至少一個包括光幅度調制器，所述光幅度調制器包括一個輸入端口和兩個輸出端口，并且從所述兩個輸出端口提供一對相關光信號，使得所述相關光信號的幅度之間的差值對應于將輸入值乘以帶符號矩陣元素值的結果。

5.根據權利要求1至3中任一項所述的光電計算系統，其中所述矩陣乘法單元被配置以將所述輸入向量乘以包括所述一個或多個矩陣元素值的矩陣，

其中一組多個輸出值被編碼在由所述一個或多個求和模塊所產生的相應電信號上，并且所述一組多個輸出值中的輸出值表示輸出向量的元素，所述輸出向量藉由所述輸入向量乘以所述矩陣產生。

6.根據權利要求1至3中任一項所述的光電計算系統，其中所述復制模塊包括至少一個具有光分離器的復制模塊，所述光分離器被配置以在輸入端口將光波的功率的預定比例發送至第一輸出端口，并且在所述輸入端口將所述光波的功率的剩余比例發送至第二輸出端口。